鋰離子電池正極材料LiFePO4的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、目前，雖然橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4已經(jīng)占據(jù)中國(guó)電池行業(yè)的大半個(gè)市場(chǎng)，但是它仍舊存在一些缺陷，如原材料價(jià)格偏高造成鋰離子電池企業(yè)的生產(chǎn)成本過(guò)高；在實(shí)際應(yīng)用中容易發(fā)生過(guò)充和過(guò)放的現(xiàn)象，因此在生產(chǎn)過(guò)程中必須設(shè)計(jì)電路保護(hù)板；高溫固相法是現(xiàn)在工業(yè)上主要的生產(chǎn)手段，但是耗能高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，產(chǎn)物顆粒團(tuán)聚長(zhǎng)大，從而導(dǎo)致電化學(xué)性能較差。這些缺點(diǎn)都會(huì)阻礙LiFePO4電池的推廣，要想渡過(guò)這個(gè)瓶頸期，必須采取一定的措施去抵消自身的不足之處，首先就應(yīng)該從合成

2、方法和技術(shù)上著手。本論文開發(fā)了一種綠色環(huán)保的方法來(lái)制備LiFePO4，先通過(guò)兩步液相法得到LiFePO4，最后在惰性氣體中通過(guò)高溫?zé)Y(jié)得到終極材料LiFePO4。
　　本文首先探究了pH值對(duì)制備中間體FePO4-xH2O的影響，采用X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）等技術(shù)對(duì)樣品FePO4-xH2O和LiFePO4的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，對(duì)不同pH值下合成的FePO4-xH2O作為鐵源對(duì)最終產(chǎn)物L(fēng)iFePO4性能的影響

3、進(jìn)行了對(duì)比和分析。結(jié)果表明：在pH值為1、2、3、4、5時(shí)均得到了純FePO4-xH2O。但pH=2時(shí)的FePO4-xH2O作為鐵源制備出的LiFePO4作為電極材料時(shí)，呈現(xiàn)出較好的性能，且在0.1C下，它的首次放電比容量為132mAh g-1，容量保持率在10圈的循環(huán)之后保持在98.9％。
　　本文進(jìn)一步研究鐵源、煅燒溫度和時(shí)間對(duì)制備LiFePO4的影響。分別以溶液pH=2時(shí)得到的FePO4-xH2O和市場(chǎng)上購(gòu)買電池級(jí)FePO4

4、-xH2O作為鐵源，制備并研究對(duì)比了LiFePO4的性能。結(jié)果表明：以實(shí)驗(yàn)室自制的FePO4-xH2O作為鐵源制備的LiFePO4正極材料的性能更優(yōu)。煅燒條件對(duì)LiFePO4正極材料的性能影響較大，當(dāng)煅燒條件為700℃、2h時(shí)，制備的LiFePO4顆粒均一、晶型完整，其電化學(xué)性能在0.1C時(shí)的放電容量為137.3mAh g-1，循環(huán)10圈后的容量為136.2mAh g-1。
　　為進(jìn)一步改善LiFePO4的電化學(xué)性能，對(duì)制備的Li

5、FePO4進(jìn)行了包覆碳處理和摻雜金屬離子（Mn2+、Mg2+、Ni2+、Zn2+）的改性研究。研究結(jié)果表明：當(dāng)作為碳源的葡萄糖的量為10%時(shí)，LiFePO4/C材料的電化學(xué)性能最好：0.1C的放電容量為158.6mAh g-1，循環(huán)10圈之后的容量保持率為98.4%。當(dāng)LiFePO4摻雜金屬離子Mg2+時(shí)，材料的電化學(xué)性能較好：在0.1C，循環(huán)10圈之后，容量從146.7mAh g-1降到141.7mAh g-1，容量保持率為96.6%